XIII Workshop di Geofisica e IV Giornata di Formazione

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1 Studio professionale associato di Geologia XIII Workshop di Geofisica e IV Giornata di Formazione Fondazione Museo Civico Rovereto Ordine Geologi della Lombardia CdS 27/01/2016 presentazione PdB P1/1016/TeM//VP

2 Studio professionale associato di Geologia Geotermia a circuito aperto: dallo studio di prefattibilità al collaudo CdS 27/01/2016 presentazione PdB P1/1016/TeM//VP

3 Considerazioni generali Il Programma Energetico Ambientale Regionale (PEAR) costituisce lo strumento di programmazione strategica in ambito energetico ed ambientale, con cui la Regione Lombardia definisce i propri obiettivi di risparmio energetico e di sviluppo delle fonti energetiche rinnovabili(fer), in coerenza con le quote obbligatorie di utilizzo delle FER assegnate alle Regioni nell ambito del cosiddetto decreto burden sharing, e con la nuova Programmazione Comunitaria Il PEAR indica che il numero di unità abitative (censimento ISTAT 2011) è circa con 399 x 10E06 m 2 di superficie residenziale abitata; il consumo di gas naturale per uso condizionamento termico e acqua calda sanitaria (anno 2012) per unità di superficie residenziale è di 17 m 3 /m 2. Ne deriva un consumo di circa GWh. Si ritiene che lo sfruttamento di almeno il 10% di tale fabbisogno di energia termica per condizionamento di abitazioni residenziali comporterebbe la copertura di almeno 6 TWh da calore geotermico

4 Considerazioni generali Proprio sulla base di queste valutazioni, la volontà, a livello regionale, è quella di incentivare l utilizzo della risorsa idrica sotterranea a scopo geotermico. L implementazione di sistemi geotermici sempre più evoluti e sempre più efficienti, la volontà di contenere al massimo i costi di gestione e, non da ultimo, di sfruttare le risorse ambientali in maniera consapevole e sostenibile, ha determinato, nell ultimo decennio, un notevole incremento nella richiesta di istanze di autorizzazioni alla ricerca e allo sfruttamento della risorsa idrica sotterranea a uso geotermico. Lo sfruttamento intensivo di tale risorsa ha tuttavia determinato l insorgere di alcune problematiche che devono essere attentamente valutate al fine di evitare uno sfruttamento della risorsa che, a medio termine, si potrebbe dimostrare non sostenibile. In tale quadro di sviluppo, lo studio idrogeologico di dettaglio assurge a elemento determinante al fine di garantire il predetto sfruttamento sostenibile della risorsa idrica sotterranea.

5 Considerazioni generali La normativa statale (art. 104 comma 1 del D. Lgs. 152/2006 e s.m.i.) vieta tutti gli scarichi nel sottosuolo e nelle acque sotterranee. In deroga a tale divieto (art. 104 comma 2 del D. Lgs. 152/2006 e s.m.i.), l autorità competente può autorizzare, dopo indagine preventiva, alcuni scarichi, tra cui quelli delle acque utilizzate per scopi geotermici, purché siano scaricate nella stessa falda utilizzata per il prelievo. Al fine di regolamentare tale disciplina, la Regione Lombardia con l art. 13 della L. R. 38/2015, oltre a prevedere la necessità di una relazione idrogeologica a supporto della domanda di reimmissione in falda (comma 1) delle acque emunte a scopo geotermico, ha dato mandato alla giunta regionale di specificare le caratteristiche delle indagini preventive al rilascio dell autorizzazione di cui all art. 104 comma 2 del d.lgs. 152/2006 e s.m.i.

6 Considerazioni generali Reimmisione in rete fognaria Non attuabile sulla base dei regolamenti dei diversi Enti gestori (eccessiva diluizione carico biologico al depuratore) Reimmisione in corpo idrico superficiale Difficilmente attuabile sia per necessità di stipula convenzioni sia per i relativi costi Pozzo di presa Reimmisione in falda Attuabile previo studio idrogeologico di dettaglio

7 Dallo studio di prefattibilità al collaudo dell opera Lo studio idrogeologico di dettaglio finalizzato sia al rilascio dell autorizzazione allo sfruttamento della risorsa idrica sotterranea sia al contestuale scarico in falda delle acque emunte risulta essere particolarmente articolato e impegnativo dal punto di vista tecnico(oltreché amministrativo). La concreta possibilità di realizzare un sistema geotermico a circuito aperto (pozzo/i di presa e resa) è subordinata alla verifica e al superamento di diversi step tra loro consequenziali: 1. inserimento dell opera nel contesto urbano; 2. inserimento dell opera nel contesto idrogeologico; 3. contestualizzazione dell opera sulla base delle esigenze progettuali; 4. verifica di sostenibilità del sistema: a) verifiche idrodinamiche b) verifiche termodinamiche 5. dimensionamento opere; 6. realizzazione delle opere e Direzione Lavori; 7. collaudo delle opere; 8. monitoraggio in corso d opera (non richiesto dalla normativa ma auspicabile e interessante dal punto di vista scientifico).

8 Inserimento dell opera nel contesto urbano

9 Inserimento dell opera nel contesto urbano Vincolistica: area d intervento ricompresa entro le ZDR di pozzi acquedottistici (art. 94 comma4letteragdeld.lgs.152/2006es.m.i.; presenza di altri pozzi e relativo utilizzo;

10 Inserimento dell opera nel contesto idrogeologico valutazione di massima delle portate da emungere; ricostruzione del modello idrogeologico dell area d interesse; verifica potenzialità acquifero sottoposto a sfruttamento. POTENZA max erogabile a 80 C. 9 kw 31 kw 115kW 250kW 365kW 500kW COP (Coefficient of Performance) VOLUME RISCALDATO PORTATA fino a 350 mc fino a mc fino a mc fino a mc fino a mc fino a mc fino a 0,3 l/sec. fino a 0,9 l/sec.fino a 4,0 l/sec. fino a 8,5 l/sec. fino a 12,5 l/sec.fino a 17,0 l/sec.

11 Contestualizzazione dell opera sulla base delle esigenze progettuali Sulla base delle esigenze logistiche dell area sarà necessario valutare la posizione dei pozzi e, di conseguenza, programmare per tempo le varie fasi del progetto, ivi comprese le tempistiche autorizzative. 11

12 Verifica di sostenibilità del sistema Durante la progettazione di pozzi a uso geotermico risulta determinante verificare i seguenti aspetti tecnici: ricostruzione della piezometria statica di riferimento; ricostruzione della piezometria dinamica sia in configurazione di portata mediachediportatadipunta; verifica dell estensione della bolla di calore a tempi prestabiliti sulla base delle esigenze funzionali dell opera; modello smorzamento bolla di calore.

13 Dimensionamento opere fabbisogno idrico Preliminarmente all esecuzione della parte modellistica, risulta necessario definire la tipologia di funzionamento della pompa di calore con i relativi orari di funzionamento e differenziando i periodi di portata media da quelli di portata di punta. Definiti tali scenari occorre: ricostruire la piezometria statica di riferimento; ricostruire la piezometria dinamica in configurazione di portata media; ricostruire la piezometria dinamica in configurazione di portata massima.

14 Dimensionamento opere piezometria statica Piezometria statica di riferimento difficoltà operative dati insufficienti per un elaborazione attendibile (raramente si ha a disposizione una rete di monitoraggio interna al sito) in tal caso si devono utilizzare dati bibliografici; presenza di sistemi di approvvigionamento nelle vicinanze del sito d intervento (di rilevante importanza anche per la ricostruzione della piezometria dinamica);

15 Dimensionamento opere piezometrie dinamiche In funzione del grado di complessità del progetto sarà necessario scegliere quale software utilizzare per la ricostruzione delle piezometrie dinamiche

16 Dimensionamento opere piezometrie dinamiche Ricostruzione piezometrie dinamiche, difficoltà operative dati insufficienti per un elaborazione attendibile della piezometria dinamica (ove possibile utilizzare dati diretti, es. prove di portata, per definire i parametri idrogeologici dell acquifero e ricostruire le differenti piezometrie dinamiche nelle varie configurazioni d esercizio);

17 Dimensionamento opere piezometrie dinamiche Ricostruzione piezometrie dinamiche, difficoltà operative dati insufficienti per un elaborazione attendibile della piezometria dinamica (ove possibile utilizzare dati diretti, es. prove di portata, per definire i parametri idrogeologici dell acquifero e ricostruire le differenti piezometrie dinamiche nelle varie configurazioni d esercizio); presenza di sistemi di approvvigionamento nelle vicinanze del sito d intervento;

18 Dimensionamento opere piezometrie dinamiche Ricostruzione piezometrie dinamiche, difficoltà operative dati insufficienti per un elaborazione attendibile della piezometria dinamica (ove possibile utilizzare dati diretti, es. prove di portata, per definire i parametri idrogeologici dell acquifero e ricostruire le differenti piezometrie dinamiche nelle varie configurazioni d esercizio);

19 Dimensionamento opere piezometrie dinamiche Ricostruzione piezometrie dinamiche, difficoltà operative dati insufficienti per un elaborazione attendibile della piezometria dinamica (ove possibile utilizzare dati diretti, es. prove di portata, per definire i parametri idrogeologici dell acquifero e ricostruire le differenti piezometrie dinamiche nelle varie configurazioni d esercizio)

20 Dimensionamento opere piezometrie dinamiche Ricostruzione piezometrie dinamiche, difficoltà operative dati insufficienti per un elaborazione attendibile della piezometria dinamica (ove possibile utilizzare dati diretti, es. prove di portata, per definire i parametri idrogeologici dell acquifero e ricostruire le differenti piezometrie dinamiche nelle varie configurazioni d esercizio); presenza di sistemi di approvvigionamento nelle vicinanze del sito d intervento;

21 Dimensionamento opere piezometrie dinamiche Ricostruzione piezometrie dinamiche, difficoltà operative dati insufficienti per un elaborazione attendibile della piezometria dinamica (ove possibile utilizzare dati diretti, es. prove di portata, per definire i parametri idrogeologici dell acquifero e ricostruire le differenti piezometrie dinamiche nelle varie configurazioni d esercizio) ID pozzo Statico Dinamico Q abbassamento Q/s LF D T i A B k presenza di (mc/s) sistemi (m) di approvvigionamento (mq/s) (m) (m) (mq/s) nelle vicinanze (m/s) del sito d intervento; MW1 35,78 37,99 0, ,21 0, ,22 0,076 3,92E-04 0, ,26 2,76E-05 MW2 35,67 36,32 0, ,65 0, ,33 0,076 1,20E-03 0, ,26 8,34E-05 MW3 35,01 38,99 0, ,98 0, ,99 0,076 0, , ,74 1,55E-05 MW4 35,78 36,51 0, ,73 0, ,22 0,076 1,07E-03 0, ,35 7,50E-05 MW5 36,09 37,3 0, ,21 0, ,91 0,076 6,68E-04 0, ,77 4,80E-05 MW6 35,71 43,35 0, ,64 0, ,29 0,076 1,33E-04 0, ,28 9,30E-06 MW7 35, , ,71 0, ,71 0,076 1,55E-04 0, ,17 1,05E-05 MW8 34,97 35,29 0, ,32 0, ,03 0,076 2,26E-03 0, ,68 1,50E-04 5,25E-05 media

22 Dimensionamento opere piezometrie dinamiche Ricostruzione piezometrie dinamiche, difficoltà operative dati insufficienti per un elaborazione attendibile della piezometria dinamica (ove possibile utilizzare dati diretti, es. prove di portata, per definire i parametri idrogeologici dell acquifero e ricostruire le differenti piezometrie dinamiche nelle varie configurazioni d esercizio); presenza di sistemi di approvvigionamento nelle vicinanze del sito d intervento.

23 Dimensionamento opere piezometrie dinamiche Ricostruzione piezometrie dinamiche, difficoltà operative dati insufficienti per un elaborazione attendibile della piezometria dinamica (ove possibile utilizzare dati diretti, es. prove di portata, per definire i parametri idrogeologici dell acquifero e ricostruire le differenti piezometrie dinamiche nelle varie configurazioni d esercizio); presenza di sistemi di approvvigionamento nelle vicinanze del sito d intervento;

24 Dimensionamento opere piezometrie dinamiche Oltre alla ricostruzione delle piezometrie dinamiche risulta necessario valutare anche i relativi isoabbassamenti per: valutare l attendibilità dei risultati ottenuti (anche mediante il confronto con dati sito specifici); verificare l impatto dell abbassamento indotto con le strutture presenti nell intorno(anche pozzi).

25 Estensione bolla di calore e smorzamento termico La verifica della propagazione dell onda termica è simulata mediante modelli di calcolo analitici in grado di simulare il trasporto in falda; nelle assunzioni di base si impone che la velocità di propagazione del fronte termico assume un valore generalmente compreso tra 1/3 e 1/6 della velocità effettiva della falda. In via cautelativa si suggerisce di utilizzare il valore più elevato al fine di escludere, anche nelle condizioni più gravose, la cortocircuitazione termica tra ipozzidipresaeresa. L estensione della bolla di calore deve essere eseguita sia per la portata media cheperquelladipunta.

26 Estensione bolla di calore e smorzamento termico Limitazioni nella verifica dell estensione del fronte termico: i programmi sono studiati per valutare il trasporto dei contaminanti in falda e sono stati adattati per verificare l effetto del trasporto della bolla di calore; nella realtà i pozzi non lavorano alla medesima portata (sia essa di punta che media) per 24H per 1-6 mesi (la tecnologia a scalare delle pompe di calore rende di fatto impossibile definire una portata costante) a ciò si aggiunge il fabbisogno termico richiesto dal termotecnico; risulta oltremodo cautelativo non tenere conto dei predetti aspetti poiché, nella maggior parte dei casi, soprattutto in aree di limitata estensione, si avrebbe un apparente effetto di cortocircuitazione termica anche per portate relativamente modeste.

27 Estensione bolla di calore e smorzamento termico Limitazioni nella verifica dell estensione del fronte termico: i programmi sono studiati per valutare il trasporto dei contaminanti in falda e sono stati adattati per verificare l effetto del trasporto della bolla di calore; nella realtà i pozzi non lavorano alla medesima portata (sia essa di punta che media) per 24H per 1-6 mesi (la tecnologia a scalare delle pompe di calore rende di fatto impossibile definire una portata costante) a ciò si aggiunge il fabbisogno termico richiesto dal termotecnico; risulta oltremodo cautelativo non tenere conto dei predetti aspetti poiché, nella maggior parte dei casi, soprattutto in aree di limitata estensione, si avrebbe un apparente effetto di cortocircuitazione termica anche per portate relativamente modeste.

28 Estensione bolla di calore e smorzamento termico Conclusioni della verifica dell estensione del fronte termico: i programmi potrebbero verificare una cortocircuitazione che in realtà è solo apparente e non reale; il professionista, valutato il caso specifico, deve prendere rischi ; qualora non fosse fattibile, è necessario prevedere soluzioni alternative.

29 Estensione bolla di calore e smorzamento termico Conclusioni della verifica dell estensione del fronte termico: i programmi potrebbero verificare una cortocircuitazione che in realtà è solo apparente e non reale; il professionista, valutato il caso specifico, deve prendere rischi ; qualora non fosse fattibile, è necessario prevedere soluzioni alternative.

30 Estensione bolla di calore e smorzamento termico Conclusioni della verifica dell estensione del fronte termico: i programmi potrebbero verificare una cortocircuitazione che in realtà è solo apparente e non reale; il professionista, valutato il caso specifico, deve prendere rischi ; qualora non fosse fattibile, è necessario prevedere soluzioni alternative. Utilizzo pompa di calore Orari funzionamento Residenziale Lavorativo Ricettivo 6-22

31 Estensione bolla di calore e smorzamento termico Conclusioni della verifica dell estensione del fronte termico: i programmi potrebbero verificare una cortocircuitazione che in realtà è solo apparente e non reale; il professionista, valutato il caso specifico, deve prendere rischi ; qualora non fosse fattibile, è necessario prevedere soluzioni alternative.

32 Estensione bolla di calore e smorzamento termico Risulta infine necessario procedere con la ricostruzione delle modalità di propagazione dell'onda termica, in presenza di condizioni disturbate dal prelievo e dalla resa dei pozzi per scambio termico, provocata dall immissione nel sottosuolo di acque con caratteristiche di temperatura differenti rispetto a quelle della falda. Il modello di propagazione del calore considera i flussi geotermici, la conduzione dall acquifero verso la superficie, gli effetti della ricarica dalla superficie e il trasporto del calore da o verso i limiti dell acquifero nonché gli effetti dei pozzi di estrazione e di ricarica.

33 Estensione bolla di calore e smorzamento termico Risulta infine necessario procedere con la ricostruzione delle modalità di propagazione dell'onda termica, in presenza di condizioni disturbate dal prelievo e dalla resa dei pozzi per scambio termico, provocata dall immissione nel sottosuolo di acque con caratteristiche di temperatura differenti rispetto a quelle della falda. Il modello di propagazione del calore considera i flussi geotermici, la conduzione dall acquifero verso la superficie, gli effetti della ricarica dalla superficie e il trasporto del calore da o verso i limiti dell acquifero nonché gli effetti dei pozzi di estrazione e di ricarica.

34 Estensione bolla di calore e smorzamento termico Limitazioni nella verifica dello smorzamento dell onda di calore: programmi forniscono risultati estremamente cautelativi poiché il modello di calcolo opera in regime stazionario; entrambe le simulazioni forniscono i risultati che si otterrebbero immettendo in falda per un tempo infinito la portata media, situazione molto lontana da quella reale.

35 Realizzazione delle opere e Direzione Lavori Ottenute le dovute autorizzazioni si deve procedere con la realizzazione dei pozzi. Molte possono essere le difficoltà operative a cui si deve far fronte durante la realizzazione dei pozzi, tra le problematiche più comuni si assiste a: assenza di attenzione nel modificare i tratti filtranti e/o dimensionamento filtri e dreno in funzione delle litologie riscontrate in corso d opera; sviluppo non adeguato del pozzo;

36 Collaudo delle opere Il collaudo delle opere riveste un ruolo fondamentale per il corretto funzionamento dell intero sistema di adduzione e reimmissione. Di fatto, tale momento, risulta essere il primo vero controllo diretto relativo alla qualità della progettazione. Attraverso le prove di portata è infatti possibile determinare i parametri idrogeologici che devono coincidere(o perlomeno avvicinarsi il più possibile) a quelli utilizzati per la modellazione. La prova di portata a gradini permette invece di valutare l efficienza del pozzo verificandone la corretta esecuzione

37 Monitoraggio in corso d opera Generalmente non accade che sia commissionato un monitoraggio della falda (sia in termini di piezometria sia di temperatura delle acque di falda) a seguito del rilascio della concessione allo sfruttamento e alla derivazione delle acque sotterranee. Tale monitoraggio potrebbe in realtà essere molto utile e consentirebbe di disporre dei dati necessari a calibrare la sensibilità dei diversi software utilizzati per l implementazione del progetto

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